控制参数对PWM整流器性能影响的研究

论文摘要

本文以风力发电网侧变流器为研究背景,对三相电压型PWM整流器的空间电压矢量控制系统进行了研究,其中重点研究控制参数对PWM整流器性能的影响,主要包括PI参数、调节器的限幅值、死区时间、开关频率、调制度及主电路参数。并通过Matlab/Simulink仿真和实验验证了理论分析的正确性。具体研究的内容主要有以下几个方面：分析了PWM整流器四象限工作原理、数学模型、拓扑结构及其双闭环前馈解耦的控制策略,给出了矢量控制系统框图,详细分析了空间电压矢量控制的原理和实现过程,为后续章节打下基础。具体分析了PWM整流器双闭环控制系统中传递函数的推导及化简过程,并根据传递函数计算出电压环和电流环PI参数的理论值,研究了限幅值对整流器动态性能的影响,总结出一套PI参数整定的方法。较深入地分析了死区效应产生的机理和对桥臂输出电压和交流侧电流产生的影响,其次在忽略开关管的导通关断延时以及由此产生的死区时间和最小脉宽的影响的前提下,研究了开关频率和调制度对SVPWM调制方式下PWM整流器输出电压谐波的影响。在Matlab/Simulink仿真环境中搭建了PWM整流器的仿真模型,分析了控制参数包括PI参数、死区时间、开关频率、调制度对PWM整流器性能的影响。为了在实验中验证控制参数对PWM整流器性能的影响,研究了系统主电路参数的设计,介绍了小功率PWM整流器的实验主电路以及控制系统的硬件设计,基于DSP TMS3202812适合于PWM控制的特点,介绍了以DSP为控制核心的控制系统。最后给出了控制系统软件结构框图,包括主程序和中断程序。在小功率的实验系统下,对PWM整流器的空间矢量控制方法进行了验证,并且通过改变其PI参数、死区时间、开关频率以及调制度来分析控制参数对PWM整流器性能的影响。由于这些控制参数对整流器性能存在的影响,因此在设计PWM整流器时,要考虑这些影响因素,合理地设计PI参数和其他的控制参数,从而优化整流器的性能。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 PWM整流器的发展概况
• 1.3 PWM整流器在风力发电系统中的应用
• 1.4 论文各部分的主要内容
• 2 电压型PWM整流器原理
• 2.1 PWM整流器的基本工作原理与拓扑结构
• 2.1.1 PWM整流器的工作原理
• 2.1.2 PWM整流器的拓扑结构
• 2.2 电压型PWM整流器的数学模型
• 2.2.1 三相静止坐标系（a-b-c）下的数学模型
• 2.2.2 两相旋转坐标系（d-q）下的数学模型
• 2.3 电压型PWM整流器电压和电流双闭环控制原理
• 2.4 三相PWM整流器的空间矢量PWM（SVPWM）控制
• 2.4.1 SVPWM的基本原理
• 2.4.2 SVPWM的数字实现
• 3 PWM整流器控制系统中PI调节器控制参数的设计
• 3.1 PID控制原理
• 3.2 双闭环PI参数的理论计算
• 3.2.1 电流内环PI参数的计算
• 3.2.2 电压外环PI参数的计算
• 3.2.3 仿真验证
• 3.3 PI调节器的设计对PWM整流器性能的影响
• 3.3.1 PI参数对整流器性能的影响
• 3.3.2 PI调节器限幅值的影响
• 4 其它控制参数对PWM整流器性能的影响
• 4.1 PWM整流器的死区效应
• 4.1.1 死区效应的产生
• 4.1.2 死区效应的影响
• 4.2 开关频率对PWM整流器性能的影响
• 4.2.1 频谱分布的总体特征
• 4.2.2 开关频率对整流器输出谐波的影响
• 4.3 调制度对PWM整流器谐波分布的影响
• 5 系统主电路和控制电路的设计
• 5.1 主电路参数设计
• 5.1.1 三相交流侧电感参数的设计
• 5.1.2 直流侧电容参数的设计
• 5.2 基于DSP2812的硬件控制电路
• 5.3 控制系统软件设计
• 6 仿真与实验
• 6.1 Matlab仿真波形与分析
• 6.1.1 PI参数对系统性能影响的仿真分析
• 6.1.2 其他控制参数对系统性能影响的仿真分析
• 6.1.3 主电路参数对系统性能影响的仿真分析
• 6.2 实验波形与分析
• 6.2.1 VSR的SVPWM调制方法的实现
• 6.2.2 PI参数对系统性能影响实验验证
• 6.2.3 其他参数对系统性能影响实验验证
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集